Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hirnschäden mit virtueller Realität therapieren

05.07.2013
Projekt des Bielefelder Exzellenzclusters CITEC entwickelt medizinische 3D-Trainingsumgebung

Nach vier Jahren endete nun das Projekt CITmed des Exzellenzclusters CITEC der Universität Bielefeld. Ziel des Projekts war es, eine Trainingsmöglichkeit für Menschen zu entwickeln, deren Gedächtnis, räumliche Orientierung oder visuelle Wahrnehmung durch einen Hirnschaden gestört sind.

Das CITEC-Forschungsteam setzte dabei auf virtuelle Realität, um kognitive Fähigkeiten der Patienten wieder aufzubauen. Es entwickelte die 3D-Trainingsumgebung „OctaVis“, mit der sich Alltagssituationen simulieren und trainieren lassen. Die Wissenschaftler testeten, wie stark sich Patienten in einer alltagsnahen Supermarkt-Simulation verbesserten.

Das Ergebnis: Nach acht Tagen Training konnten die Patienten sich nicht nur mehr Produkte merken und fanden sich besser in dem virtuellen Supermarkt zurecht, sie verbesserten auch ihre grundsätzlichen räumlich-visuellen Leistungen.

„Wenn einzelne Hirnareale geschädigt sind, können deren Aufgaben von anderen Teilen des Gehirns übernommen werden. Diese Teile des Gehirns müssen die neuen Aufgaben aber erst lernen“, sagt Professor Dr. Mario Botsch, Leiter des CITmed-Projekts. In vielen Rehabilitationsprogrammen werden mentale Fähigkeiten nur isoliert trainiert, weswegen die Trainingserfolge oftmals nur unzureichend in den Alltag übertragen werden können. „Das Training muss alltagsnäher sein, wie zum Beispiel unsere Supermarkt-Simulation. Dafür haben wir das OctaVis entwickelt“,sagt Botsch. CITmed steht für Cognitive Interaction Technology for Medicine (Kognitive Interaktionstechnologie in der Medizin) – es geht es um die Entwicklung eines intuitiv bedienbaren Systems für medizinische Anwendungen in der virtuellen Realität. Mitte Mai zeichnete die Forschungsgesellschaft Eurographics das Projekt mit dem dritten Platz des renommierten „Dirk Bartz Eurographics Medical Prize“ aus. Der Preis wird alle zwei Jahre zu Ehren von Dirk Bartz, einem Pionier der medizinischen Visualisierung, verliehen.

Das 3D-System OctaVis besteht aus einem Ring von acht hohen Monitoren, die den Nutzer umgeben. Auf den Bildschirmen sieht er die simulierte virtuelle Umgebung, im CITmed-Projekt also die Gänge und Regale eines Supermarktes. Er sitzt auf einem Drehstuhl und kann sich mit einem Steuerknüppel zur Seite und nach vorne bewegen, um dann per Berührung des Bildschirms den jeweiligen Artikel in seinen Warenkorb zu befördern. Auch der Drehstuhl ist mit den Bildschirmen gekoppelt. Will der Nutzer in eine andere Richtung, dreht er sich auf seinem Stuhl nach links oder rechts. Die initiale Idee für diese Konstruktion stammt von Professor Dr. York Winter, der bis 2009 an der Universität Bielefeld forschte und anschließend von der Humboldt Universität Berlin aus an dem Projekt mitarbeitete. „Das Gerät ist leicht zu bedienen“, sagt Botsch. Das sei wichtig, damit auch Nutzer, die nicht mit Computern vertraut sind, ohne Schwierigkeiten in die virtuelle Umgebung eintauchen können. „Unsere älteste Probandin war beim Test 94 Jahre alt. Sie hat die Aufgaben ohne Probleme gemeistert.“

2009 startete das Forschungsprojekt CITmed, gefördert durch das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des Spitzentechnologiewettbewerbs „HighTech.NRW“ und unterstützt durch den Exzellenzcluster CITEC. Verantwortet wird das interdisziplinäre Projekt von der Arbeitsgruppe „Computergrafik und Geometrieverarbeitung“ unter der Leitung von Professor Botsch. Ein Team aus Informatikern und Technikern war für die technische Entwicklung zuständig. Die klinischen Studien wurden von Psychologen unter der Leitung von Dr. Martina Piefke, mittlerweile Professorin an der Universität Witten-Herdecke, entwickelt und durchgeführt. Die Supermarkt-Simulation ist die erste Anwendung für das System. „Wir haben sie mit Personen getestet, bei denen ein Hirnfunktionsschaden diagnostiziert wurde, zum Beispiel durch einen Schlaganfall oder Epilepsie“, sagt Botsch. Dafür installierte das Forschungsteam das System im Evangelischen Krankenhaus der v. Bodelschwinghschen Stiftungen Bethel, und zwar in der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie, der Klinik für Neurologie und im Epilepsie-Zentrum. Außerdem testete das Team das Gerät in der Marcus-Klinik in Bad Driburg.

„Wir haben als Anwendung das Supermarkt-Szenario gewählt, weil es alltagsnah ist und die Kombination mehrerer kognitiver Fähigkeiten erfordert und trainiert“, erklärt Mario Botsch. Für die Studie bekamen die Patienten die Aufgabe, bestimmte Lebensmittel in dem virtuellen 3D-Supermarkt einzukaufen. Dafür wurde ihnen eine Liste mit 20 Produkten vorgelesen. Die Testpersonen mussten sich die Liste merken, die Artikel im Supermarkt finden und in ihrem Warenkorb sammeln. „Ein wichtiger Erfolg für uns war, dass sich jeder Teilnehmer gut mit der Bedienung zurechtfand, obwohl es sich größtenteils um ältere Patienten ohne nennenswerte Computererfahrung handelte“, sagt Botsch. Jeder Patient wiederholte diese Aufgabe an acht Tagen, wobei am siebten Tag eine „Störliste“ mit ganz anderen Waren verwendet wurde. Am letzten Tag wurde wieder die Originalliste eingekauft, sie wurde aber im Gegensatz zu den vorherigen Tagen nicht mehr vorgelesen.

Das Forschungsteam erfasste, welche Artikel die Patienten kauften und auf welcher Route sie sich durch den Markt bewegten. Die Auswertung der Untersuchungsdaten zeigt: Im Laufe der Tage können sich die Patienten mehr Produkte merken als zu Beginn des Trainings. „Und diese Lernleistung ist erstaunlich stabil: Obwohl wir die Patienten am siebten Tag mit der Störliste abgelenkt haben, hatten sie am achten Tag, als sie aus dem Kopf die Waren der ursprüngliche Liste einkaufen sollten, davon noch einen Großteil im Gedächtnis“, sagt Botsch. Hinzu kommt, dass sich die Testpersonen im Lauf des Trainings zunehmend besser in der Supermarkt-Umgebung orientieren können. „Sie brauchten immer weniger Zeit, um die Waren einzusammeln, und sie mussten dafür auch weniger Strecke zurücklegen als zu Beginn des Trainings.“

Das Training sorgte aber nicht nur dafür, dass sich die Studienteilnehmer in dem simulierten Supermarkt verbessern. „Die räumlich-visuellen Leistungen haben sich bei vielen Patienten grundsätzlich verbessert“, sagt Mario Botsch. Die Probanden hatten vor und nach dem Training die Aufgabe, sich ein komplexes Bild einzuprägen und es aus dem Gedächtnis nachzuzeichnen. Bei diesem neuropsychologischen Standardtest verbesserten sich die Schlaganfall-Patienten signifikant um knapp ein Fünftel und die Epilepsie-Patienten um ein Sechstel.

Kontakt:
Professor Dr. Mario Botsch, Universität Bielefeld
Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC)
Telefon: 0521 106-12146
E-Mail: botsch@techfak.uni-bielefeld.de

Ingo Lohuis | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bielefeld.de
http://www.graphics.uni-bielefeld.de/research/citmed/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Ein Knebel für die Anstandsdame führt zu Chaos in Krebszellen
22.03.2017 | Wilhelm Sander-Stiftung

nachricht Spezialisten-Zellen helfen Gedächtnis auf die Sprünge
17.03.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Im Focus: Physiker erzeugen gezielt Elektronenwirbel

Einem Team um den Oldenburger Experimentalphysiker Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt ist es mithilfe ultrakurzer Laserpulse gelungen, gezielt Elektronenwirbel zu erzeugen und diese dreidimensional abzubilden. Damit haben sie einen komplexen physikalischen Vorgang steuern können: die sogenannte Photoionisation oder Ladungstrennung. Diese gilt als entscheidender Schritt bei der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom, beispielsweise in Solarzellen. Die Ergebnisse ihrer experimentellen Arbeit haben die Grundlagenforscher kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Das Umwandeln von Licht in elektrischen Strom ist ein ultraschneller Vorgang, dessen Details erstmals Albert Einstein in seinen Studien zum photoelektrischen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

Unter der Haut

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neues Schiff für die Fischerei- und Meeresforschung

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit voller Kraft auf Erregerjagd

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie